정보통신기술(ICT)을 기반으로 한 재난안전시스템이 주목받고 있다. 각종 센서를 활용하는 사물인터넷(IoT) 기술, 통신기술, 플랫폼 기술을 토대로 싱크홀을 상시 감시하거나 동공을 탐사할 수 있는 기술이 속속 구현되고 있다. 사회문제를 적극 해결할 수 있는 기반기술이다. 최근 도심 지반침하가 빈발하고, 지진이 잦아지면서 지하 시설물 피해가 우려되는 터라 새로운 사업모델로 성장할 가능성도 높다. 사업적인 성장 가능성도 뛰어나다. '지하안전관리에 관한 특별법'이 내년 1월부터 시행되고, 지방자치단체가 관리 책임을 지게 되면 관련 기술 수요는 계속 늘어날 것으로 관측된다.
정보통신기술(ICT)을 기반 재난안전시스템 기술성과 가운데 싱크홀 상시 감시 및 예방 분야에서는 'UGS(Underground Safety) 융합연구단'이 주목받고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI) 주관으로 한국건설기술연구원, 한국철도기술연구원, 한국지질자원연구원 등 정부출연연구기관(출연연)이 힘을 모아 출범한 연구단이다. 과학기술정보통신부 및 국가과학기술연구회(NST)의 지원 아래 연구를 진행했다.
UGS 융합연구단은 최근 도심지에서 빈번하게 발생하는 도로 함몰, 지반 침하와 같은 지하 공간 관련 재난·재해를 예방하는 기술 개발이 목적이다.
지반침하는 주로 상수관 누구, 하수관 시설 노후화로 흙이 흘러내리면서 발생한다. 항상 누수 여부와 시설물 상태를 정확하게 감시하는 것만이 예방할 수 있는 길이다. 그동안 각각 따로 관리해 온 시설물을 통합관리하는 것이 중요하다.
UGS 융합연구단은 지하공간 내 지하매설물 및 공간을 실시간 모니터링해 이상 징후를 사전에 감지·예측·대응하는 IoT 기반 '지하공간 안전관리 시스템'을 개발했다.
이 시스템은 땅 밑의 상하수도관 상태와 지하구조물, 지하구조·지하수·지반변형과 같은 상황 요소를 모두 감지하고 대응할 수 있다.
지하공간 정밀 감지장치, 지하감시 데이터 수집장치, 재난재해 예측 및 대응 플랫폼 장치로 이를 가능하게 했다.
지하공간 정밀 감지 장치는 여러 개의 센서를 IoT 기술로 융합한 복합 센서 모듈로 다양한 상황을 감지한다. 상수관로의 누수나 지하수 및 지질의 변화, 하수관로 균열, 도시철도 주변의 물·흙 유입을 감지할 수 있다.
지하감시 데이터 수집장치는 광역 단거리무선망(WPAN), AP(지상에 설치된 무선 통신장치), 매설 통신 장치용 조향 안테나, 매립형 센서 노드, 저전력 장거리(LPWA) 무선통신 기술 등을 이용한다. 각종 감지장치로 얻은 정보를 외부로 전달하는 역할을 한다. 특히 매립형 안테나는 지하매설물 상태 정보를 효과적으로 전달하는 핵심 기술 분야다. 맨홀 안쪽에 부착해 외부로 도출되지 않는 구조를 세계에서 처음으로 적용했다. 중장거리용 전방향성 안테나로 지상의 AP로 정보를 원활하게 전달한다.
재난재해 예측 및 대응 플랫폼은 전달받은 정보를 토대로 실시간 전역 위험 감시 서비스, 사고 예측 및 영향진단 서비스, 지하공간 유지관리 서비스 등을 제공한다.
맨홀 속 제수밸브에 부착한 센서로 상황을 파악하면 맨홀 뚜껑의 안테나를 통해 기지국에 전송한다. 이후 대응 플랫폼을 통해 지하 공간의 3차원 입체 영상, 지반 함몰 위험도를 보는 식이다. ETRI는 IoT 기반 기술과 지하 공간 3차원 가시화 기술, 무선통신 칩 기술을 개발했다. 건기연은 상하수 관로 모니터링 및 탐사 기술, 철도연은 도시철도 시설물 모니터링 기술을 각각 시스템에 담았다. 지질연은 지하수 및 지반 환경 분석 기술을 집중 연구했다.
이들 기술은 이미 실증 과정을 거쳤다. 연구단 출범 1차년도인 2015년부터 거듭된 검증을 거쳐 시스템의 성능과 안전성을 확보했다. 먼저 경북 안동시의 건기연 하천실험센터에 파일럿 플랜트를 조성, 지하수 및 지반환경에 대한 모니터링 기술을 검증했다. 지하수 및 지반특성을 분석하는 복합센서 모듈 시제품을 설치하고 기능 실험도 함께 진행했다.
2차년도에는 도시 환경에서의 제품 기능 및 성능에도 도전했다. 대전 월평역 지하철도 주변 테스트베드에서는 IoT 통신 기술을 적용하는 등 지하안전관리 시스템 시험 운영에 성공했다.
서울 성동구는 이미 UGS 융합연구단과 함께 재난안전시스템 도입에 나섰다. 지난 10월부터 본격적인 시범 서비스에 돌입했다. 연구단이 개발한 기술 및 상용 시제품을 왕십리역에 설치하고 기능을 확인했다.
지하공간 안전관리 시스템의 장점은 개별 관리되고 있는 지하의 모든 데이터베이스(DB)를 통합 관리해 고부가가치의 데이터 확보가 가능하다는 점이다. 이를 통해 지역과 상황별로 나뉘던 기존 사후처리 방식의 재난·재해 대응을 도시전체로 통합·확장할 수 있다. 다양한 융합 서비스를 제공하는 등 확장성도 뛰어나다.
이인환 UGS 융합연구단장은 “연구단의 개발 기술은 우리나라의 혹시 모를 재난 안전 위험을 줄일 획기적인 기술”이라면서 “세계적으로도 새로운 시도여서 앞으로 관련 시장의 성장을 기대할만하다”고 말했다.
또 다른 주목 분야는 동공탐사 기술이다. 선진국에 비해 30년 이상 진입이 늦었지만 연구나 개발 기간에 비해 준수한 수준을 보인다.
동공은 지하에 존재하는 빈공간이다. 함몰되기 직전까지 발견이 어려워 주로 탐사장비를 이용해 탐사 작업이 이뤄진다. 레이다파를 땅 속에 투과해 되돌아오는 반사파를 얻는 GPR(Ground Penantrationg Radar) 기술, 도로 밑으로 구멍을 뚫고 내시경으로 분석하는 것 등 다양한 방법을 적용하고 있다. 사전 탐사로 조기에 발견하고, 복구해야 큰 재난 사고에 선제적으로 대응할 수있다.
국내 동공탐사 기술력은 서울시에서 이끌었다고 해도 과언이 아니다. 서울시는 동공탐사기술을 활용한 도로함몰 관리 대책을 마련하고, 기반시설 노후화 관리 대응 사업을 도시안전분야 핵심사업으로 추진하고 있다.
서울시는 ETRI, 이성, 세종대, 미국 센트럴플로리다대와 협럽해 관련 기술 성과를 내고 있다. 지난해부터는 광성지엠, 지케이엔지니어링 등 국내 전문업체를 토대로 자력탐사를 진행하고 있다.
김상목 지케이엔지니어링 전무는 “우리나라는 상대적으로 동공탐사 분야에 뒤늦게 뛰어들었지만 상당 부분 해외 선진국을 따라잡고 있는 형국”이라면서 “앞으로 더 큰 기술 발전이 이뤄질 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
